(57)【要約】【課題】  高輝度光の漏れ光による回路の誤動作を抑制し、白黒反転現象の発生を抑制した撮像装置とその駆動方法を提供する。【解決手段】  通常はグローバルシャッタ方式を用いて撮像を行い、白黒反転現象の発生を検知して、あるいは、白黒反転現象が発生する可能性のある状況を検知して、シャッタ駆動方式をローリングシャッタ方式に切り換えることで、白黒反転現象を抑制した撮像装置とその駆動方法を提供することができる。【選択図】        図１
2006352535.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被写体像を結像するための撮像光学系と、
第１および第２の電子シャッタ方式の少なくとも二つの電子シャッタ方式を有し、前記撮像光学系により結像された被写体像を撮像して撮像データを出力する撮像素子とを備えた撮像装置において、
前記電子シャッタ方式を切り換えるシャッタ切換手段と、
前記第１の電子シャッタ方式で撮像して得られた撮像データに白黒反転が存在するか否かを検知する白黒反転検知手段と、
前記白黒反転検知手段が白黒反転の存在を検知した場合に、前記シャッタ切換手段を前記第１の電子シャッタ方式から前記第２の電子シャッタ方式に切り換えるように制御するシャッタ切換制御手段とを有することを特徴とする撮像装置。
【請求項２】
白黒反転を検知するための基準となる基準輝度データを記憶する記憶手段を有し、
前記白黒反転検知手段は、前記第１の電子シャッタ方式で撮像して得られた撮像データのうち、前記基準輝度データを超える輝度を有する領域内の輝度分布の状況を検知することを特徴とする請求項１に記載の撮像装置。
【請求項３】
前記白黒反転検知手段は、前記第１の電子シャッタ方式で撮像して得られた撮像データと、前記第２の電子シャッタ方式で撮像して得られた撮像データとを比較することで白黒反転が存在するか否かを検知することを特徴とする請求項１に記載の撮像装置。
【請求項４】
前記白黒反転検知手段は、前記第１の電子シャッタ方式で撮像されたｎフレームの撮像データの平均値と、前記第２の電子シャッタ方式で撮像されたｍフレームの撮像データの平均値とを比較し、
前記シャッタ切換制御手段は、前記ｎフレームの撮像データの平均値とｍフレームの撮像データの平均値とに差がある場合は、前記第２の電子シャッタ方式でｍフレームの撮像を継続し、前記平均値に差がない場合は、前記第１の電子シャッタ方式でｎフレームの撮像を継続するように、前記シャッタ切換手段を制御することを特徴とする請求項３に記載の撮像装置。
【請求項５】
前記第１の電子シャッタ方式はグローバルシャッタ方式であり、前記第２の電子シャッタ方式はローリングシャッタ方式であることを特徴とする請求項１乃至４の何れか１項に記載の撮像装置。
【請求項６】
被写体像を結像するための撮像光学系と、
複数の電子シャッタ方式を有し、前記撮像光学系により結像された被写体像を撮像して撮像データを出力する撮像素子とを備えた撮像装置において、
前記撮像素子の撮像データにおける特定輝度以上の領域の存在を検知する高輝度領域検知手段と、
前記複数の電子シャッタ方式を切り換えるシャッタ切換手段と、
前記高輝度領域検知手段の検知結果に基づいて、前記複数の電子シャッタ方式を最適な電子シャッタ方式に切り換えるように制御するシャッタ切換制御手段とを有することを特徴とする撮像装置。
【請求項７】
前記特定輝度以上の領域を検知するための基準となる基準輝度データを記憶する記憶手段を有し、
前記高輝度領域検知手段は、前記撮像素子の撮像データと、前記基準輝度データとを比較することを特徴とする請求項６に記載の撮像装置。
【請求項８】
前記特定輝度以上の領域を検知するための基準となる測光基準データを記憶する記憶手段と、
受光面が前記撮像素子と略同一範囲を睨むように配設した測光素子を備える測光手段とを有し、
前記高輝度領域検知手段は、前記測光素子の測光データと、前記測光基準データとを比較することを特徴とする請求項６に記載の撮像装置。
【請求項９】
前記基準輝度データまたは前記測光基準データは、ヒステリシス特性を有することを特徴とする請求項６乃至８の何れか１項に記載の撮像装置。
【請求項１０】
前記複数の電子シャッタ方式はローリングシャッタ方式を含み、
前記シャッタ切換制御手段は、前記高輝度領域検知手段が高輝度領域の存在を検知すると、シャッタ切換手段を前記ローリングシャッタ方式に切り換えるように制御することを特徴とする請求項６乃至９の何れか１項に記載の撮像装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、撮像装置および撮像装置の制御方法に関し、特に、少なくとも２種類の電子シャッタ方式を有する撮像素子を備えた撮像装置および撮像装置の制御方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
監視カメラや車載カメラ等の撮像装置において、特に屋外を撮影する際には、太陽や夜間照明用ライト、車のヘッドライト等の非常に高輝度な物体を良好に撮影すると共に、影となる部分も撮影する必要があるため、適正な出力信号を得ることができる入射光量範囲、すなわちダイナミックレンジの広い撮像素子が必要となる。これを実現するために、対数変換方式のＣＭＯＳ（Ｃｏｍｐｌｉｍｅｎｔａｒｙ  Ｍｅｔａｌ  Ｏｘｉｄｅ  Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）型撮像素子が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
また、特に移動する物体の形状を歪みなく撮影するためには、典型的な順次転送型撮像素子であるＣＭＯＳ型撮像素子で一般的に行われている、露光と撮像データ読み出しを画素の行毎に時系列で行う、いわゆるローリングシャッタ方式ではなく、全画素同時露光（いわゆるグローバルシャッタ）方式が望ましいため、そのための回路が提案されている（例えば、特許文献２参照）。
【０００４】
さらに、グローバルシャッタ方式の撮像素子で課題となる、リセット用トランジスタのリーク電流によるシェーディングノイズ対策案として、リセット用トランジスタのリセット電圧を２値化する方法が提案されている（例えば特許文献３参照）。
【特許文献１】特開平１１−２９８７９８号公報
【特許文献２】特開２００２−７７７３３号公報
【特許文献３】特開２００４−３４９９０７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、これらの種々の電気的対応を施した撮像素子においても、非常に輝度の高い被写体を撮影した場合に、高輝度光の漏れ光によって回路の誤動作が起き、非常に輝度の高い被写体であるにも関わらず、真っ黒な被写体であるかのごとき撮像データになってしまう、いわゆる白黒反転という不具合現象が発生する場合がある。図８を用いて、白黒反転現象について説明する。
【０００６】
図８（ａ）は、例として、高輝度被写体の代表である太陽ＳＵＮが、撮像光学系２０１を通して撮像素子１０２上に結像する場合を示している。図８（ｂ）は、撮像素子１０２の撮像面１０２ａ上の輝度分布を示している。太陽ＳＵＮの像ＩＭ００１が、図８において、撮像面１０２ａの光軸２００の位置より下側に入射している。この時、理想的な撮像が行われれば、図８（ｃ）のように太陽に相当する部分が全て明るくなった画像が得られ、像ＩＭ００１の中心を通る水平Ｘ行目の輝度分布データは、図８（ｄ）のように太陽に相当する輝度領域全域が高輝度を表す輝度分布を示すはずである。
【０００７】
しかしながら、例えば太陽のように非常に輝度の高い被写体の場合は、図８（ｅ）のように、像ＩＭ００１の中心部ＩＭ００２が真っ黒になる白黒反転現象が発生し、像ＩＭ００１の中心を通る水平Ｘ行目の輝度分布データは図８（ｆ）のように中央が凹になったドーナツ状の形状になる。これが「白黒反転」現象である。
【０００８】
本出願人による検討の結果、以上に述べた白黒反転現象は、前述のグローバルシャッタ方式を用いて撮像している場合に、高輝度光の漏れ光が画素を構成するトランジスタに入射することにより、回路が誤動作することで発生している可能性が高いことが分かっている。
【０００９】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたもので、白黒反転現象の有無によって、使用する電子シャッタ方式を選択することで、高輝度光の漏れ光による回路の誤動作を抑制し、白黒反転現象の発生を抑制した撮像装置とその駆動方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明の目的は、下記構成により達成することができる。
【００１１】
（請求項１）
被写体像を結像するための撮像光学系と、
第１および第２の電子シャッタ方式の少なくとも二つの電子シャッタ方式を有し、前記撮像光学系により結像された被写体像を撮像して撮像データを出力する撮像素子とを備えた撮像装置において、
前記電子シャッタ方式を切り換えるシャッタ切換手段と、
前記第１の電子シャッタ方式で撮像して得られた撮像データに白黒反転が存在するか否かを検知する白黒反転検知手段と、
前記白黒反転検知手段が白黒反転の存在を検知した場合に、前記シャッタ切換手段を前記第１の電子シャッタ方式から前記第２の電子シャッタ方式に切り換えるように制御するシャッタ切換制御手段とを有することを特徴とする撮像装置。
【００１２】
（請求項２）
白黒反転を検知するための基準となる基準輝度データを記憶する記憶手段を有し、
前記白黒反転検知手段は、前記第１の電子シャッタ方式で撮像して得られた撮像データのうち、前記基準輝度データを超える輝度を有する領域内の輝度分布の状況を検知することを特徴とする請求項１に記載の撮像装置。
【００１３】
（請求項３）
前記白黒反転検知手段は、前記第１の電子シャッタ方式で撮像して得られた撮像データと、前記第２の電子シャッタ方式で撮像して得られた撮像データとを比較することで白黒反転が存在するか否かを検知することを特徴とする請求項１に記載の撮像装置。
【００１４】
（請求項４）
前記白黒反転検知手段は、前記第１の電子シャッタ方式で撮像されたｎフレームの撮像データの平均値と、前記第２の電子シャッタ方式で撮像されたｍフレームの撮像データの平均値とを比較し、
前記シャッタ切換制御手段は、前記ｎフレームの撮像データの平均値とｍフレームの撮像データの平均値とに差がある場合は、前記第２の電子シャッタ方式でｍフレームの撮像を継続し、前記平均値に差がない場合は、前記第１の電子シャッタ方式でｎフレームの撮像を継続するように、前記シャッタ切換手段を制御することを特徴とする請求項３に記載の撮像装置。
【００１５】
（請求項５）
前記第１の電子シャッタ方式はグローバルシャッタ方式であり、前記第２の電子シャッタ方式はローリングシャッタ方式であることを特徴とする請求項１乃至４の何れか１項に記載の撮像装置。
【００１６】
（請求項６）
被写体像を結像するための撮像光学系と、
複数の電子シャッタ方式を有し、前記撮像光学系により結像された被写体像を撮像して撮像データを出力する撮像素子とを備えた撮像装置において、
前記撮像素子の撮像データにおける特定輝度以上の領域の存在を検知する高輝度領域検知手段と、
前記複数の電子シャッタ方式を切り換えるシャッタ切換手段と、
前記高輝度領域検知手段の検知結果に基づいて、前記複数の電子シャッタ方式を最適な電子シャッタ方式に切り換えるように制御するシャッタ切換制御手段とを有することを特徴とする撮像装置。
【００１７】
（請求項７）
前記特定輝度以上の領域を検知するための基準となる基準輝度データを記憶する記憶手段を有し、
前記高輝度領域検知手段は、前記撮像素子の撮像データと、前記基準輝度データとを比較することを特徴とする請求項６に記載の撮像装置。
【００１８】
（請求項８）
前記特定輝度以上の領域を検知するための基準となる測光基準データを記憶する記憶手段と、
受光面が前記撮像素子と略同一範囲を睨むように配設した測光素子を備える測光手段とを有し、
前記高輝度領域検知手段は、前記測光素子の測光データと、前記測光基準データとを比較することを特徴とする請求項６に記載の撮像装置。
【００１９】
（請求項９）
前記基準輝度データまたは前記測光基準データは、ヒステリシス特性を有することを特徴とする請求項６乃至８の何れか１項に記載の撮像装置。
【００２０】
（請求項１０）
前記複数の電子シャッタ方式はローリングシャッタ方式を含み、
前記シャッタ切換制御手段は、前記高輝度領域検知手段が高輝度領域の存在を検知すると、シャッタ切換手段を前記ローリングシャッタ方式に切り換えるように制御することを特徴とする請求項６乃至９の何れか１項に記載の撮像装置。
【発明の効果】
【００２１】
請求項１に記載の発明によれば、白黒反転を検知した場合に、第２の電子シャッタ方式で撮像することで、白黒反転現象の発生を抑制した撮像装置を提供することができる。
【００２２】
請求項２に記載の発明によれば、撮像データと基準輝度データを比較することで白黒反転を検知し、第２の電子シャッタ方式で撮像することで、白黒反転現象の発生を抑制した撮像装置を提供することができる。
【００２３】
請求項３に記載の発明によれば、第１と第２の電子シャッタ方式での撮像データを比較することで白黒反転を検知し、第２の電子シャッタ方式で撮像することで、白黒反転現象の発生を抑制した撮像装置を提供することができる。
【００２４】
請求項４に記載の発明によれば、第１の電子シャッタ方式でのｎフレームの撮像データと、第２の電子シャッタ方式でのｍフレームの撮像データとを比較して、差があれば第２の電子シャッタ方式でｍフレーム撮像し、差がなければ第１の電子シャッタ方式でｎフレーム撮像することで、白黒反転現象の発生を抑制した撮像装置を提供することができる。
【００２５】
請求項５に記載の発明によれば、白黒反転を検知し、グローバルシャッタとローリングシャッタを使い分けることで、白黒反転現象の発生を抑制した撮像装置を提供することができる。
【００２６】
請求項６に記載の発明によれば、高輝度領域を検知した場合に、電子シャッタ方式を切り換えることで、白黒反転現象の発生を抑制した撮像装置を提供することができる。
【００２７】
請求項７に記載の発明によれば、撮像データと基準輝度データを比較することで高輝度領域を検知し、電子シャッタ方式を切り換えることで、白黒反転現象の発生を抑制した撮像装置を提供することができる。
【００２８】
請求項８に記載の発明によれば、測光データと測光基準データとを比較することで高輝度領域を検知し、電子シャッタ方式を切り換えることで、白黒反転現象の発生を抑制した撮像装置を提供することができる。
【００２９】
請求項９に記載の発明によれば、基準輝度データまたは測光基準データにヒステリシス特性を持たせることで、高輝度領域検知レベル近傍の高輝度状態の場合に、電子シャッタ方式が頻繁に切り替えられることを防止することができ、白黒反転現象の発生を抑制した撮像装置を提供することができる。
【００３０】
請求項１０に記載の発明によれば、高輝度領域を検知した場合に、ローリングシャッタ方式で撮像することで、白黒反転現象の発生を抑制した撮像装置を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３１】
以下、図面に基づき本発明の実施の形態を説明する。
【００３２】
最初に、「白黒反転」現象の発生のメカニズムを、図９乃至図１２を用いて説明する。
【００３３】
図９は、本発明における撮像素子１０２の構成の一例を示す模式図、図１０は、本発明におけるグローバルシャッタ方式とローリングシャッタ方式の両方の機能を備えた対数変換型撮像素子１０２を構成する画素１０２ｂの回路例であり、図１１と図１２は、図１０に示した画素回路の駆動タイミングチャートである。
【００３４】
まず、図９で、撮像素子１０２は、撮像面１０２ａ上に、水平と垂直に配列された複数の画素１０２ｂと、垂直走査回路１０２ｃ、サンプルホールド回路１０２ｄ、出力回路１０２ｅ、出力アンプ１０２ｇ、水平走査回路１０２ｆ、タイミングジェネレータ（ＴＧ）１０２ｈ等を備え、画素１０２ｂの各水平行毎の並びと垂直走査回路１０２ｃとは行選択線１０２ｉで結ばれ、画素１０２ｂの各垂直列毎の並びとサンプルホールド回路１０２ｄとは垂直信号線１０２ｊで結ばれている。
【００３５】
撮像素子１０２の撮像動作は、撮像制御部１０１からの制御に従って、タイミングジェネレータ１０２ｈによって制御され、撮像素子１０２の出力である撮像データ１３１は、信号処理部１０３に入力される。
【００３６】
次に、図１０と図１１を用いてグローバルシャッタ方式での動作を簡単に説明する。タイミングＴ１で、φＲＳＴ−Ａ信号が一定期間ローにされることで、光電流積分用キャパシタＣ１が既定のＲＳＢの電位にリセットされる。同時にφＶＰＳが所定の高電位にされることで、トランジスタＱ１がフォトダイオードＰＤで光電変換された光電流ＩＰＤを、対数変換可能な状態、若しくは蓄積可能な状態に設定される。次に、図示しない撮像光学系によって撮像素子１０２上に結像された被写体からの光は、フォトダイオードＰＤで光電変換され、トランジスタＱ１で対数変換若しくは蓄積され、タイミングＴ１の終了からタイミングＴ３開始までのグローバルシャッタ開の期間中、トランジスタＱ１とミラー回路を構成するトランジスタＱ２を介してキャパシタＣ１に積分される。
【００３７】
タイミングＴ２で、φＲＳＴ−Ｂ信号が一定期間ローにされて、メモリ用キャパシタＣ２が既定のＲＳＢの電位にリセットされる。グローバルシャッタ閉のタイミングＴ３で、φＳＷが一定期間ローにされてトランジスタＱ３がオンされ、キャパシタＣ１とキャパシタＣ２の容量比に従ってキャパシタＣ１に蓄積された電荷がキャパシタＣ２に転送され、タイミングＴ３の最後でキャパシタＣ２にメモリされる。以上の動作は撮像素子１０２を構成する全画素で同時に行われ、タイミングＴ３の最後で全画素同時にキャパシタＣ２に撮像信号ＶＰが記憶された、つまり、グローバルシャッタ方式での撮像が行われたことになる。
【００３８】
続いて、垂直走査回路１０２ｃにより水平１行目の行選択線１０２ｉが選択されて、タイミングＴ４で水平１行目のφＶが一定期間ローにされてトランジスタＱ７がオンされ、バッファ用トランジスタＱ６を介して、キャパシタＣ２にメモリされた撮像信号ＶＰが垂直信号線１０２ｊに出力されて、１行分の撮像データ１３１がサンプルホールド回路１０２ｄに転送される。タイミングＴ５で、水平走査回路１０２ｆによって駆動されて、１行分の撮像データ１３１が出力回路１０２ｅ、出力アンプ１０２ｇを介して撮像素子１０２から外部に出力される。続いて水平２行目が選択されて同様の動作が行われ、同様にして１フレーム分の水平全行（本例では、４８０行）を順次出力していく。以上が正常な動作である。
【００３９】
ところが、入射光が非常に高輝度の場合、上述のように全画素同時に撮像信号ＶＰがキャパシタＣ２にメモリされてから、サンプルホールド回路１０２ｄに出力されるまでに、例えばトランジスタＱ３やＱ５に高輝度光の漏れ光が入射すると、トランジスタＱ３やＱ５が誤動作してキャパシタＣ２にメモリされている電荷を放電してしまう。漏れ光による誤動作の度合いが強過ぎると、キャパシタＣ２に記憶された電荷は完全に放電されてしまい、暗黒状態と同じ撮像信号ＶＰとなる。これが、「白黒反転」現象である。
【００４０】
上述のように、サンプルホールド回路１０２ｄへの撮像データ１３１の転送は、通常は撮像素子１０２の水平行毎に順に行われるので、転送の順番が遅い水平行ほど高輝度光の漏れ光による放電の度合いが強くなり、白黒反転の量も大きくなる。
【００４１】
もちろん、このようなトランジスタの誤動作を防ぐために、画素１０２ｂのパターン設計では、遮光パターンを用いて遮光が行われるが、フォトダイオードＰＤは、感度を確保するために開口を極力大きくする必要があり、かつ、最近の撮像素子は非常に小型化されているため、遮光パターンによる遮光率は相対的に低くなり、漏れ光がトランジスタに入射することを完全に抑制することは困難で、漏れ光による誤動作は防ぎきれない。
【００４２】
一方、図１０に示した画素回路は、図１２に示したような駆動を行うと、ローリングシャッタ方式の撮像素子としても動作する。
【００４３】
タイミングＴ１で、画素の水平１行目のφＲＳＴ−Ａ信号が一定期間ローにされることで、光電流積分用キャパシタＣ１が既定のＲＳＢの電位にリセットされる。同時にφＶＰＳが所定の高電位にされることで、トランジスタＱ１がフォトダイオードＰＤで光電変換された光電流ＩＰＤを、対数変換可能な状態、若しくは蓄積可能な状態に設定される。次に、図示しない撮像光学系によって撮像素子１０２上に結像された被写体からの光は、フォトダイオードＰＤで光電変換され、トランジスタＱ１で対数変換若しくは蓄積され、タイミングＴ１の終了からタイミングＴ３開始までのローリングシャッタ開の期間中、トランジスタＱ１とミラー回路を構成するトランジスタＱ２を介してキャパシタＣ１に積分される。
【００４４】
タイミングＴ２で、画素の水平１行目のφＲＳＴ−Ｂ信号が一定期間ローにされて、メモリ用キャパシタＣ２が既定のＲＳＢの電位にリセットされる。ローリングシャッタ閉のタイミングＴ３で、φＳＷが一定期間ローにされてトランジスタＱ３がオンされ、キャパシタＣ１とキャパシタＣ２の容量比に従ってキャパシタＣ１に蓄積された電荷がキャパシタＣ２に転送され、タイミングＴ３の最後でキャパシタＣ２にメモリされる。
【００４５】
タイミングＴ４で水平１行目のφＶが一定期間ローにされてトランジスタＱ７がオンされ、バッファ用トランジスタＱ６を介して、キャパシタＣ２にメモリされた撮像信号ＶＰが垂直信号線１０２ｊに出力されて、１行目の撮像データ１３１がサンプルホールド回路１０２ｄに転送される。タイミングＴ５で、水平走査回路１０２ｆによって駆動されて、水平１行目の撮像データ１３１が出力回路１０２ｅ、出力アンプ１０２ｇを介して撮像素子１０２から外部に出力される。
【００４６】
水平２行目も、１行目とタイミングをずらせて同様の駆動を行い、同様にして１フレーム分の水平全行（本例では４８０行）を順次出力していく。
【００４７】
本出願人による検討の結果、グローバルシャッタ方式では白黒反転現象の発生する条件下であっても、ローリングシャッタ方式で駆動すれば白黒反転現象は発生しないことが確認されている。これは、前述したように、白黒反転現象は、キャパシタＣ２に撮像信号ＶＰがメモリされてから、サンプルホールド回路１０４ｄに転送されるまでの時間が長いほど発生しやすく量も大きくなるが、ローリングシャッタ方式では、図１２に示したように、キャパシタＣ２に撮像信号ＶＰがメモリされてから、サンプルホールド回路１０４ｄに転送されるまでの時間が短いからである。
【００４８】
ローリングシャッタ方式での撮像は、各行毎に撮像のタイミングが異なるために、動体、特に比較的近距離を高速で移動する物体を撮像すると物体の形状が歪んで写る、といった問題点がある。グローバルシャッタではそういった問題がない。
【００４９】
そこで、本発明の実施の形態においては、通常はグローバルシャッタ方式を用いて撮像を行い、白黒反転現象の発生を検知して、あるいは、白黒反転現象が発生する可能性のある状況を検知して、シャッタ駆動方式をローリングシャッタ方式に切り換えることで、白黒反転現象を抑制する。以下、本発明の実施の形態を詳述する。
【００５０】
まず、本発明に係る撮像装置１の第１の実施の形態と、その撮像方法の第１の例について図１乃至図３を用いて説明する。図１は、本発明に係る撮像装置１の第１の実施の形態を示す模式図である。
【００５１】
図１で、鏡胴２０内には撮像光学系２０１が設けられ、筐体１０内で、撮像光学系２０１の結像面位置に、撮像面１０２ａが光軸２００に垂直となるように、撮像素子１０２が配置されている。撮像素子１０２は、信号処理部１０３、画像処理部１０４、記録部１０５および撮像制御部１０１とともに撮像部１００を構成する。撮像部１００は、本発明における白黒反転検知手段または高輝度領域検知手段として機能する。また、撮像制御部１０１は、本発明におけるシャッタ切換手段およびシャッタ切換制御手段としても機能する。
【００５２】
図２は、本発明に係る撮像装置１の第１の実施の形態における撮像方法の第１の例の流れを示すフローチャートである。
【００５３】
図２のステップＳ１０１で、電子シャッタの方式がグローバルシャッタ方式に設定、つまり、画素１０２ｂの各駆動信号が図１１に示した信号に設定され、ステップＳ１０２で、１フレームの撮像が行われて、得られた撮像データ１３１が撮像制御部１０１に一時的に記憶される。ステップＳ１０３で、ステップＳ１０２で得られた１フレームの撮像データ１３１と、本発明における記憶手段として機能する撮像制御部１０１に予め記憶されている基準輝度データ１３４を比較して高輝度領域を抽出する。詳細は図３の説明で後述する。
【００５４】
ステップＳ１０４で、ステップＳ１０３で高輝度領域が抽出されたか否かが確認され、高輝度領域が抽出されなければ（ステップＳ１０４；ＮＯ）ステップＳ１１１で、ステップＳ１０２で撮像された撮像データ１３１が、シャッタ方式を示すフラグとともに記録部１０５に記録され、ステップＳ１１２で撮像を終了するか否かが判断され、終了する場合（ステップＳ１１２；ＹＥＳ）はそのまま終了し、終了しない場合（ステップＳ１１２；ＮＯ）はステップＳ１０１に戻って、以降上述の流れが繰り返される。
【００５５】
ステップＳ１０４で高輝度領域が抽出された場合は（ステップＳ１０４；ＹＥＳ）、ステップＳ１２１で、ステップＳ１０３で抽出された高輝度領域が白黒反転しているか否かが検知され、白黒反転がなければ（ステップＳ１２１；ＮＯ）ステップＳ１１１で、ステップＳ１０２で撮像された撮像データ１３１が、シャッタ方式を示すフラグとともに記録部１０５に記録され、ステップＳ１１２に進み、以降、上述の流れが繰り返される。
【００５６】
ステップＳ１２１で白黒反転が検知された場合（ステップＳ１２１；ＹＥＳ）、ステップＳ１２２で、電子シャッタの方式がローリングシャッタ方式に設定、つまり、画素１０２ｂの各駆動信号が図１２に示した信号に設定され、ステップＳ１２３で、１フレームの撮像が行われて、ステップＳ１２４で、ステップＳ１２３で得られた撮像データ１３１が記録部１０５に記録される。
【００５７】
ステップＳ１２５で、ローリングシャッタ方式での撮像が既定のｍフレーム行われたか否かが確認され（ｍは正の整数）、ｍフレーム未満の場合は（ステップＳ１２５；ＮＯ）、ステップＳ１２２に戻ってローリングシャッタ方式での撮像が繰り返される。ｍフレームのローリングシャッタ方式での撮像が終了した場合は（ステップＳ１２５；ＹＥＳ）、ステップＳ１１２に進み、以降、上述の流れが繰り返される。ここに、ｍ＝１とすれば、１フレーム毎にステップＳ１０１に戻り、グローバルシャッタ方式での撮像が行われて白黒反転の検知が行われることになる。
【００５８】
図３は、図２のステップＳ１０３での白黒反転の検知方法を説明する図であり、図３（ａ）は撮像素子１０２に高輝度の光が入射している場合の撮像画面３００の模式図、図３（ｂ）は図３（ａ）の高輝度領域３０１の中心を通る水平Ｈ１行の輝度分布データの模式図、図３（ｃ）は図３（ａ）の高輝度領域３０２の中心を通る水平Ｈ２行の輝度分布データの模式図である。
【００５９】
例えば、図３（ａ）のように、高輝度の光が撮像画面３００の上部中央付近３０１と下部左方３０２に入射して、下部左方３０２の高輝度領域では白黒反転が発生しているとすると、図３（ａ）の上部中央付近の高輝度領域３０１のＨ１行の撮像データ１３１は図３（ｂ）のようになり、下部左方の高輝度領域３０２のＨ２行の撮像データ１３１は図３（ｃ）のようになる。
【００６０】
これらと基準輝度データ１３４とが比較されて、撮像データ１３１の方が大きい領域が高輝度領域データ３１１および３１２として抽出される。これが、図２のステップＳ１０３である。ここに、基準輝度データ１３４は、太陽の直視像、ガラスや金属表面等の鏡面での太陽の反射像、サーチライトや自動車のヘッドライト等の明るい光源のみがそのレベルを超えるような、非常に強い高輝度を示すデータである。
【００６１】
撮像画面全域の撮像データ１３１に対して上記の比較を行うと、高輝度領域３０１は全域が高輝度であるのに対して、高輝度領域３０２は中央が低輝度となっていわゆるドーナツ状の高輝度領域であることが分かる。このドーナツ状の高輝度領域の中心部が白黒反転が発生している領域である。従って、上述のような方法で、ドーナツ状の高輝度領域が検出された場合には、白黒反転が発生していると判断することができる。これが、図２のステップＳ１２１である。
【００６２】
以上のように、本撮像方法の第１の例によれば、撮像素子１０２の撮像データ１３１と基準輝度データ１３４を比較してドーナツ状の高輝度領域を検出することで白黒反転を検知し、白黒反転発生時はシャッタ方式をローリングシャッタ方式とすることで、高輝度光の入射による白黒反転の発生を抑制することができる。
【００６３】
また、本撮像方法の第１の例において、図３（ａ）のドーナツ状の高輝度領域３０２だけでなく、領域全体が高輝度となっている高輝度領域３０１も白黒反転となる可能性がある高輝度領域であると判断することで、白黒反転現象に対して、さらに安全を期すことができる。そのためには、図２のステップＳ１２１を廃止して、ステップＳ１０４で高輝度領域が抽出された場合は（ステップＳ１０４；ＹＥＳ）全て、ステップＳ１２２に進むようにすればよい。
【００６４】
次に、本発明に係る撮像装置１の第１の実施の形態における撮像方法の第２の例を、図４と図５を用いて説明する。図４は、第１の実施の形態における撮像方法の第２の例の流れを示すフローチャートである。
【００６５】
図４のステップＳ２０１で、電子シャッタの方式がローリングシャッタ方式に設定、つまり、画素１０２ｂの各駆動信号が図１２に示した信号に設定され、ステップＳ２０２で、ｍフレームの撮像が行われて（ｍは正の整数）、得られたｍフレーム分の撮像データ１３１が撮像制御部１０１に一時的に記憶される。
【００６６】
次に、ステップＳ２０３で、電子シャッタの方式がグローバルシャッタ方式に設定、つまり、画素１０２ｂの各駆動信号が図１１に示した信号に設定され、ステップＳ２０４で、ｎフレームの撮像が行われて（ｎは正の整数）、得られたｎフレーム分の撮像データ１３１が撮像制御部１０１に一時的に記憶される。
【００６７】
ステップＳ２０５で、ステップＳ２０２とステップＳ２０４で得られたｍフレームとｎフレームの撮像データ１３１から、図５に示す方法で白黒反転が検知され、白黒反転がなければ（ステップＳ２０５；ＮＯ）、ステップＳ２１１で、ステップＳ２０４で得られたグローバルシャッタ方式でのｎフレームの撮像データ１３１が、シャッタ方式を示すフラグとともに記録部１０５に記録される。
【００６８】
ステップＳ２１２で撮像を終了するか否かが判断され、終了する場合（ステップＳ２１２；ＹＥＳ）はそのまま終了し、終了しない場合（ステップＳ２１２；ＮＯ）はステップＳ２０１に戻って、以降上述の流れが繰り返される。
【００６９】
ステップＳ２０５で白黒反転が検知された場合（ステップＳ２０５；ＹＥＳ）、ステップＳ２２１で、ステップＳ２０２で得られたローリングシャッタ方式でのｍフレームの撮像データ１３１が、シャッタ方式を示すフラグとともに記録部１０５に記録され、ステップＳ２１２に進んで、以降、上述の流れが繰り返される。ここに、ｍ＝ｎ＝１とすれば、１フレームの撮像毎に、グローバルシャッタ方式とローリングシャッタ方式での撮像が行われて、白黒反転の検知が行われることになる。
【００７０】
図５は、図４のステップＳ２０５での白黒反転の検知方法を説明する図であり、図５（ａ）は白黒反転が発生していない場合の例、図５（ｂ）は白黒反転が発生している場合の例である。
【００７１】
図５に示す白黒反転検知方法では、グローバルシャッタ方式で撮像されたｎフレームの撮像データ１３１の平均データ１３１ｘとローリングシャッタ方式で撮像されたｍフレームの撮像データ１３１の平均データ１３１ｙとの差分１３１ｚが演算される。図５（ａ）の例のように白黒反転が発生していない場合は、差分１３１ｚは何もないデータとなる。一方、図５（ｂ）の例のように白黒反転が発生している場合は、差分１３１ｚは白黒反転した黒の部分のみが残ったデータとなる。従って、差分１３１ｚに黒の部分が残っているか否かで白黒反転が発生しているか否かが検知できる。
【００７２】
被写体が高速で移動している場合等の特殊な条件下では、ローリングシャッタ方式とグローバルシャッタ方式での撮像データには差が生じるため、上述した検知方法は適用できないが、一般的には適用可能である。
【００７３】
以上のように、本撮像方法の第２の例によれば、グローバルシャッタ方式での撮像データ１３１ｘとローリングシャッタ方式での撮像データ１３１ｙの差分１３１ｚから白黒反転を検知し、白黒反転発生時はローリングシャッタ方式での撮像を行うことで、高輝度光の入射による白黒反転の発生を抑制することができる。
【００７４】
次に、本発明に係る撮像装置１の第２の実施の形態と、その撮像方法の例について図６および図７を用いて説明する。第１の実施の形態においては、主として白黒反転現象そのものを検知したが、本第２の実施の形態においては、白黒反転現象が発生する可能性のある状況を検知する。
【００７５】
図６は、本発明に係る撮像装置１の第２の実施の形態を示す模式図である。図中、図１と同じ部分には同じ番号を付与し、説明は省略する。
【００７６】
図６において、図１と相違する点は、撮像光学系２０１の光路中で、撮像素子１０２の前方に、ハーフミラー等からなる光路分割手段１１１が設けられ、光路分割手段１１１によって分割された光路上に測光レンズ１１２が設けられ、測光レンズ１１２の結像位置に、測光素子１１３が、撮像素子１０２と略同一範囲を睨むように配置されている点である。光路分割手段１１１と測光レンズ１１２と測光素子１１３とで測光手段１１０が構成される。測光素子１１３は、撮像制御部１０１と電気的に接続されている。測光手段１１０と撮像制御部１０１とで、本発明における高輝度領域検知手段として機能する。
【００７７】
本例では、光路分割手段１１１で撮像光学系２０１の光路を分割して、分割された一方の光路上に測光素子１１３を配置したが、測光素子１１３が撮像素子１０２と略同一範囲を睨むように配置されさえすれば、撮像光学系２０１とは別に測光専用の光学系を持ってもよい。また、白黒反転が発生するような高輝度領域は、撮像面１０２ａ上ではあまり大きな像にはならず、スポット光的な像になることが多いので、測光素子１１３は、望ましくは複数の領域に分割されて、詳細な測光が行えるものがよい。
【００７８】
図７は、本発明に係る撮像装置１の第２の実施の形態における撮像方法の流れの例を示すフローチャートである。
【００７９】
図７のステップＳ３０１で、測光基準データＰＶが第１の既定値Ｐ１に設定され、ステップＳ３０２で測光素子１１３を用いて測光が行われ、測光データ１１４が、高輝度領域検知手段の一部として機能する撮像制御部１０１に入力され、ステップＳ３０３で、測光データ１１４と測光基準データＰＶとが比較されて、測光基準データＰＶを超える高輝度光が入射しているか否かが検知される。ここに、測光基準データＰＶは、太陽の直視像、ガラスや金属表面等の鏡面での太陽の反射像、サーチライトや自動車のヘッドライト等の明るい光源のみがそのレベルを超えるような、非常に強い高輝度を示すデータである。
【００８０】
高輝度光が入射していない場合（ステップＳ３０３；ＮＯ）、ステップＳ３１１で電子シャッタがグローバルシャッタ方式に設定され、ステップＳ３１２でグローバルシャッタ方式で１フレームの撮像が行われ、撮像データ１３１が撮像制御部１０１に一時的に記憶される。ステップＳ３１３で測光基準データＰＶが第１の既定値Ｐ１に設定され（ここでの説明の場合は、ＰＶの値に変化はない）、ステップＳ３１４で、ステップＳ３１２で得られたグローバルシャッタ方式での撮像データ１３１が、シャッタ方式を示すフラグとともに記録部１０５に記録される。
【００８１】
高輝度光が入射している場合（ステップＳ３０３；ＹＥＳ）、ステップＳ３２１で電子シャッタがローリングシャッタ方式に設定され、ステップＳ３２２でローリングシャッタ方式で１フレームの撮像が行われ、撮像データ１３１が撮像制御部１０１に一時的に記憶される。ステップＳ３２３で測光基準データＰＶが、第１の既定値Ｐ１よりも小さい第２の既定値Ｐ２に設定され（ローリングシャッタ方式に切り換えられる輝度の判定値が引き下げられることに相当する）、ステップＳ３１４で、ステップＳ３２２で得られたローリングシャッタ方式での撮像データ１３１が、シャッタ方式を示すフラグとともに記録部１０５に記録される。以降、上述の流れが繰り返される。
【００８２】
ステップＳ３０１で測光基準データＰＶを第１の既定値Ｐ１に設定し、ステップＳ３２３で測光基準データＰＶを第１の既定値Ｐ１よりも小さい第２の既定値Ｐ２に設定し、ステップＳ３１３で測光基準データＰＶを再度第１の既定値Ｐ１に設定することで、測光基準データＰＶにヒステリシス特性を持たせることが可能となり、測光基準データＰＶ近傍の高輝度状態の場合に、電子シャッタ方式が頻繁に切り替えられることを防止することができる。
【００８３】
本第２の実施の形態によれば、ステップＳ３１２あるいはステップＳ３２２の１フレームの撮像と平行して、次フレームの電子シャッタ方式を決定するためのステップＳ３０２およびステップＳ３０３の高輝度領域検知を行うことができるため、高輝度領域検知のためにフレーム間隔が延びることがなく、高速な撮像が可能となる。
【００８４】
以上に述べたように、本発明によれば、通常はグローバルシャッタ方式を用いて撮像を行い、白黒反転現象の発生を検知して、あるいは、白黒反転現象が発生する可能性のある状況を検知して、シャッタ駆動方式をローリングシャッタ方式に切り換えることで、白黒反転現象を抑制した撮像装置とその駆動方法を提供することができる。
【００８５】
なお、本発明に係る撮像装置を構成する各構成の細部構成、および撮像装置の駆動方法の細部動作に関しては、本発明の趣旨を逸脱することのない範囲で適宜変更可能である。
【図面の簡単な説明】
【００８６】
【図１】本発明に係る撮像装置の第１の実施の形態を示す模式図である。
【図２】図１の撮像装置における撮像方法の第１の例の流れを示すフローチャートである。
【図３】図２における白黒反転の検知方法を説明する模式図である。
【図４】図１の撮像装置における撮像方法の第２の例の流れを示すフローチャートである。
【図５】図４における白黒反転の検知方法を説明する模式図である。
【図６】本発明に係る撮像装置の第２の実施の形態を示す模式図である。
【図７】図６の撮像装置における撮像方法の流れの例を示すフローチャートである。
【図８】本発明の課題である白黒反転現象を説明する模式図である。
【図９】本発明における撮像素子の構成の一例を示す模式図である。
【図１０】本発明におけるグローバルシャッタ方式とローリングシャッタ方式の両方を備えた撮像素子を構成する画素の回路例である。
【図１１】図１０に示した画素回路のグローバルシャッタ方式の駆動タイミングチャートである。
【図１２】図１０に示した画素回路のローリングシャッタ方式の駆動タイミングチャートである。
【符号の説明】
【００８７】
１  撮像装置
１０  筐体
１００  撮像部
１０１  撮像制御部
１０２  撮像獅子
１０３  信号処理部
１０４  画像処理部
１０５  記録部
１１０  測光手段
１１１  光路分割手段
１１２  測光レンズ
１１３  測光素子
１１４  測光データ
１３１  撮像データ
１３４  基準輝度データ
１４０  信号処理手段
１５０  測光光学系
１５１  光路分割手段
１５２  測光レンズ
１６０  測光素子
１７１  測光出力
２０  鏡胴
２００  光軸
２０１  撮像光学系
【図１】
2006352535.tif 000003
【図２】
2006352535.tif 000004
【図３】
2006352535.tif 000005
【図４】
2006352535.tif 000006
【図５】
2006352535.tif 000007
【図６】
2006352535.tif 000008
【図７】
2006352535.tif 000009
【図８】
2006352535.tif 000010
【図９】
2006352535.tif 000011
【図１０】
2006352535.tif 000012
【図１１】
2006352535.tif 000013
【図１２】
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